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課程設(shè)計(jì)（論文）
標(biāo) 題： 易拉罐成型工藝的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名： 楊 柯
系 部： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械制造及其自動(dòng)化
班 級： 2012級5班
指導(dǎo)教師： 秦 琴
目錄
引言 3
1、材料選擇 3
2、工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 3
3、確定毛坯的制造形式 4
4、毛坯粗加工 4
5、基面的選擇 4
6、基準(zhǔn)的概念及其分類 4
7、定位基準(zhǔn)的選擇 5
8、制訂工藝路線 6
9、（精加工）工序內(nèi)容設(shè)計(jì) 6
10、具體工序： 7
10.1工序1：粗銑上表面23.88 7
10.2工序2：鉆4.35四個(gè)銷孔 8
10.3工序3：鉆螺紋底孔及攻#5/16-18UNC螺紋 10
10.4工序4：粗銑槽26.98 19.74 19.26 13.24 10.9 10
10.5工序5：銑R0.8 14
10.6工序6：清銑 15
10.7工序7：終檢 15
參考文獻(xiàn) 16
附錄（工序卡片） 17
引言
鋁質(zhì)易拉罐在飲料包裝容器中占有相當(dāng)大的比重。隨著飲料包裝市場競爭的不斷加劇,對眾多制罐企業(yè)而言,如何在易拉罐生產(chǎn)中最大限度地減少板料厚度,減輕單罐質(zhì)量,提高材料利用率,降低生產(chǎn)成本,是企業(yè)追求的重要目標(biāo)。本次課程設(shè)計(jì)旨在說明飲料食品用易拉罐的制作（粗精加工）的過程參數(shù)。
1、材料選擇
零件材料為鋁合金。其中材料分三種：罐體采用3004合金鋁，罐蓋采用5182合金鋁，而拉環(huán)部分則采用5042合金鋁。鋁的質(zhì)地輕，易于成型加工，特別是延展性好使得易拉罐更薄而輕，罐體易于加熱方便旅行中食用，鋁易于回收資源回收是現(xiàn)在各國非常重視的方面，不銹蝕成品外觀漂亮，鋁資源豐富是地球上最豐富的礦產(chǎn)資源?？紤]到零件材料的綜合性能及材料成本和加工成本,保證零件工作的可靠,采用沖壓。零件輪廓尺寸不大，再者，考慮到鑄造方法生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)周期短、適合批量生產(chǎn)，故可以采用沖壓成型，這從提高生產(chǎn)率、保證加工精度上考慮，也是應(yīng)該的。為了消除沖壓后的殘余應(yīng)力，在沖壓完成后的將壓件低溫加熱過程中使合金產(chǎn)生強(qiáng)化，以消除應(yīng)力即人工時(shí)效。
2、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
對于機(jī)器中的某一零件，可以采用多種不同的工藝過程完成。在特定條件下，總存在一種相對而言最為合理的工藝規(guī)程，將這工藝規(guī)程用工藝文件形式加以規(guī)定，由此得到的工藝文件統(tǒng)稱工藝規(guī)程。
工藝規(guī)程是生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)組織、計(jì)劃調(diào)度的主要依據(jù)，是指導(dǎo)工人操作的主要技術(shù)文件，也是工廠和車間進(jìn)行設(shè)計(jì)或技術(shù)改造的重要原始資料。工藝規(guī)程的制訂須嚴(yán)格按照規(guī)定的程序和格式進(jìn)行，并隨技術(shù)進(jìn)步和企業(yè)發(fā)展，定期修改完善。
(1) 根據(jù)機(jī)械加工工藝規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備（包括技術(shù)準(zhǔn)備）。在產(chǎn)品投入生產(chǎn)以前，需要做大量的生產(chǎn)準(zhǔn)備和技術(shù)準(zhǔn)備工作，例如，技術(shù)關(guān)鍵的分析與研究；刀、夾、量具的設(shè)計(jì)、制造或采購；設(shè)備改裝與新設(shè)備的購置或定做等。這些工作都必須根據(jù)機(jī)械加工工藝規(guī)程來展開。
(2) 機(jī)械加工工藝規(guī)程是生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度、工人的操作、質(zhì)量檢查等的依據(jù)。
(3) 新建或擴(kuò)建車間（或工段），其原始依據(jù)也是機(jī)械加工工藝規(guī)程。根據(jù)機(jī)械加工工藝規(guī)程確定機(jī)床的種類和數(shù)量，確定機(jī)床的布置和動(dòng)力配置，確定生產(chǎn)面積的大小和工人的數(shù)量等.
3、確定毛坯的制造形式
考慮到將大批量生產(chǎn)，且材料厚度為0.2~6mm，沖壓件有一定的尺寸、形狀精度，可滿足一般的裝配使用要求，故采用板料冷沖壓。
4、毛坯粗加工
變薄拉伸工藝分析。典型的鋁罐拉伸、變薄拉伸過程如圖2所示
圖2葉 凱，林明山。鋁質(zhì)易拉罐技術(shù)研究與應(yīng)用[J]中國包裝工業(yè)，2002（3）：6-9
在拉伸過程中,集中在凹模口內(nèi)錐形部分的金屬是力的變形區(qū),而傳力區(qū)則為凹模的筒壁及殼體底部。在變形區(qū),材料處于軸向方向的受拉、切向方向的受壓、徑向力的受壓的三向應(yīng)力狀態(tài),金屬在三向應(yīng)力的作用下,晶粒細(xì)化,強(qiáng)度增加,伴有加工硬化的產(chǎn)生。在傳力區(qū),各部分材料受力狀況是不相同的,其中位于凸模圓角區(qū)域的金屬受力情況最為惡劣,其在軸向、切向兩向受拉,徑向受壓,因而材料的減薄趨勢嚴(yán)重,金屬易從此處發(fā)生斷裂,從而導(dǎo)致拉伸失敗。比較變形區(qū)和傳力區(qū)金屬的應(yīng)力狀態(tài)可知:變薄拉伸工藝能否順利進(jìn)行主要取決于拉伸凸模圓角部位的金屬所受拉應(yīng)力的大小,當(dāng)拉應(yīng)力超過材料強(qiáng)度極限時(shí)就會引起斷裂,否則拉伸工藝可以順利進(jìn)行。因此,減小拉伸過程中的拉應(yīng)力成為保證拉伸順利進(jìn)行的關(guān)鍵。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，得到變薄拉伸拉伸比的選擇為:再拉伸:25.7%,第1次變薄拉伸:20%～25%,第2次變薄拉伸:23%～28%,第3次變薄拉伸:35%～40%。
5、基面的選擇
基準(zhǔn)面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一?；孢x擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率得以提高，否則，加工工藝規(guī)程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
6、基準(zhǔn)的概念及其分類
基準(zhǔn)是指確定零件上某些點(diǎn)，線，面位置時(shí)所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面，或者說是用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面。
按其作用的不同，基準(zhǔn)可分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。
設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是指零件設(shè)計(jì)圖上用來確定其他點(diǎn)，線，面位置關(guān)系所采用的基準(zhǔn)。
工藝基準(zhǔn)是指在加工或裝配過程中所使用的基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)根據(jù)其使用場合的不同，又可分為工序基準(zhǔn)，定位基準(zhǔn)，測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)四種。
(1) 工序基準(zhǔn) 在工序圖上，用來確定本工序所加工表面加工后的尺寸，形狀，位置的基準(zhǔn)，及工序圖上的基準(zhǔn)。
(2) 定位基準(zhǔn) 在加工時(shí)用作定位點(diǎn)基準(zhǔn)。它是工件上與夾具定位元件直接接觸的點(diǎn)，線，面。
(3) 測量基準(zhǔn) 在測量零件已加工表面的尺寸和位置時(shí)所采用的基準(zhǔn)
(4) 裝配基準(zhǔn) 裝配時(shí)用來確定零件或部件在產(chǎn)品中的相對位置所采用的基準(zhǔn)。
基準(zhǔn)問題的分析
分析基準(zhǔn)時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn)：
(1) 基準(zhǔn)是制訂工藝的依據(jù)，必須是客觀存在的。當(dāng)作為基準(zhǔn)的是輪廓要素，如平面，圓柱面等時(shí)，容易直接接觸到，也比較直觀。但是有些作為基準(zhǔn)的是中心要素，如圓心，球心，對稱軸線等時(shí)，則無法觸及，然而它們卻也是客觀存在的。
(2) 當(dāng)作為基準(zhǔn)的要素?zé)o法觸及時(shí)，通常由某些具體的表面來體現(xiàn)，這些表面稱為基面。如軸的定位則可以外圓柱面為定位基面，這類定位基準(zhǔn)的選擇則轉(zhuǎn)化為恰當(dāng)?shù)剡x擇定位基面的問題。
(3) 作為基準(zhǔn)，可以是沒有面積的點(diǎn)，線以及面積極小的面。但是工件上代表這種基準(zhǔn)的基面總是有一定接觸面。
(4) 不僅表示尺寸關(guān)系的基準(zhǔn)問題如上所述，表示位置精度的基準(zhǔn)關(guān)系也是如此。
7、定位基準(zhǔn)的選擇
選擇定位基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)符合兩點(diǎn)要求：
(1) 各加工表面應(yīng)有足夠的加工余量，非加工表面的尺寸，位置符合設(shè)計(jì)要求；
(2) 定位基準(zhǔn)應(yīng)有足夠大的接觸面積和分布面積，以保證能承受打打切削力，保證定位穩(wěn)定可靠。
定位基準(zhǔn)可分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。若選擇未經(jīng)加工的表面作為定位基準(zhǔn)，這種基準(zhǔn)被稱為粗基準(zhǔn)。若選擇已加工的表面作為定位基準(zhǔn)，則這種定位基準(zhǔn)稱為精基準(zhǔn)。粗基準(zhǔn)考慮的重點(diǎn)是如何保證各加工表面有足夠的余量，而精基準(zhǔn)考慮的重點(diǎn)是如何減少誤差。在選擇定位基準(zhǔn)時(shí)，通常是保證加工精度要求出發(fā)的，因而分析定位基準(zhǔn)選擇的順序應(yīng)從精基準(zhǔn)到粗基準(zhǔn)。
(1) 精基準(zhǔn)的選擇。選擇精基準(zhǔn)的目的是使裝夾方便正確可靠，以保證加工精度。主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合和統(tǒng)一基準(zhǔn)的問題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算，這在以后還要專門計(jì)算，此處不再重復(fù)。按照有關(guān)的精基準(zhǔn)選擇原則（基準(zhǔn)重合原則；基準(zhǔn)統(tǒng)一原則；可靠方便原則），為了加工精基準(zhǔn)面才選擇了粗基準(zhǔn)面。
(2) 粗基準(zhǔn)的選擇。對于剛性差、批量較大、要求精度較高的箱體，一般要粗、精加工分開進(jìn)行，即在主要平面和各支承孔的粗加工之后再進(jìn)行主要平面和各支承孔的精加工。這樣，可以消除由粗加工所造成的內(nèi)應(yīng)力、切削力、切削熱、夾緊力對加工精度的影響，并且有利于合理地選用設(shè)備等。而箱體零件一般都選擇重要孔（如主軸孔）為粗基準(zhǔn)，但隨著生產(chǎn)類型不同，實(shí)現(xiàn)以主軸孔為粗基準(zhǔn)的共建裝夾方式是不同的。大批生產(chǎn)時(shí)，毛坯精度較高，可直接以主軸孔在夾具上定位，采用專用夾具裝夾。
8、制訂工藝路線
擬訂零件的機(jī)械加工工藝路線是制訂工藝規(guī)程的一項(xiàng)重要工作，擬訂工藝路線時(shí)主要解決的問題有：選定各加工表面的加工方法；劃分加工階段；合理安排各工序的先后順序；確定工序的集中和分散程度。
制訂工藝路線時(shí)需要考慮的主題要問題有：怎樣選擇定位基準(zhǔn)，怎樣選擇加工方法，怎樣安排加工順序以及熱處理、檢驗(yàn)等工序。而制訂工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)以確定為大批生產(chǎn)的條件下，可考慮采用加工中心配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
9、（精加工）工序內(nèi)容設(shè)計(jì)
由于生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，故采用相關(guān)機(jī)床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率，除此之外，還應(yīng)降低生產(chǎn)成本。
工藝路線方案：
工序1：粗銑上表面23.88
工序2：鉆4.35四個(gè)銷孔
工序3：鉆螺紋底孔及攻螺紋
工序4：粗銑槽26.98 19.74 19.26 13.24 10.9
工序5：銑R0.8
工序6：清洗
工序7：終檢
10、具體工序：
10.1工序1：粗銑上表面23.88
進(jìn)給量的確定：根據(jù)機(jī)械加工手冊，按機(jī)床功率5-10KW，工件-夾具系統(tǒng)鋼厚為中等條件，該工序的每齒進(jìn)給量取0.08mm/z
銑削速度計(jì)算：根據(jù)切削手冊，按鑲齒銑刀d/z=80/10的條件（d=80mm，z=10）選取。切削速度v取44.9m/min，有公式n=1000v/πd.可求得該工序銑刀轉(zhuǎn)速為
==178.65r/min。
參照切削手冊所列X51立式銑床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=160r/min,再將此公式代入上述公式重新計(jì)算，可求出該工序的實(shí)際切削速度v為
該工序切削用量為：
主軸轉(zhuǎn)速n=160r/min,切削速度v=42.2m/min，背吃刀量=1.5，每齒進(jìn)給量=0.08mm/z
基本時(shí)間的計(jì)算
根據(jù)機(jī)械加工手冊中銑刀銑平面基本時(shí)間計(jì)算公式可求出該工序的基本時(shí)間=
當(dāng)主偏角=時(shí)
切入行程=
切出行程=
式中
則該工序的基本時(shí)間為
==
輔助時(shí)間的計(jì)算
輔助時(shí)間與基本時(shí)間的關(guān)系為=，則工序的輔助時(shí)間分別如下：
所以工序1的總時(shí)間
10.2工序2：鉆4.35四個(gè)銷孔
（a）鉆孔5
確定進(jìn)給量f：根據(jù)《切削手冊》，選 時(shí)，，進(jìn)給量應(yīng)乘系數(shù)0.75，根據(jù)Z535機(jī)床說明書，現(xiàn)取=0.25mm/r,
切削速度：根據(jù)《切削手冊》查得切削速度，所以
根據(jù)機(jī)床說明書，取，故實(shí)際切削速度為：
切削工時(shí)，根據(jù)切削手冊22鉆孔的基本時(shí)間計(jì)算公式可求出鉆孔的基本時(shí)間
式中切入行程mm
切出行程mm
式中，，mm
基本時(shí)間為
輔助時(shí)間為
=
總時(shí)間
（b） 擴(kuò)孔為孔
采用刀具：專用孔鉆
進(jìn)給量：
查機(jī)床說明書取f=0.72mm/r
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：取n=68r/min,則其切削速度
切削工時(shí)：
輔助時(shí)間：=
總時(shí)間：
（c）鉸刀工步
背吃刀量的確定：取=0.04mm
進(jìn)給量的確定：根據(jù)切削手冊，選取該工步的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f=0.3mm/r
切削速度的計(jì)算：根據(jù)切削手冊，切削速度v=4m/min,由公式n=1000v/πd,求得該工序鉸刀轉(zhuǎn)速
根據(jù)切削手冊所列Z525立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速n=97r/min,將此轉(zhuǎn)速代入公式重新計(jì)算，可求得該工序的實(shí)際切削速度。
基本時(shí)間：
輔助時(shí)間：
=
工序2所有時(shí)間
10.3工序3：鉆螺紋底孔及攻#5/16-18UNC螺紋
（a） 鉆螺紋底孔
由切削手冊得
選Z525立式鉆床
按機(jī)床取
再代入公式得
倒角采取，手動(dòng)進(jìn)給。
（b）攻螺紋#5/16-18UNC
根據(jù)切削手冊查的，取v=0.1m/s,
按機(jī)床選取，則v=4.9m/min
攻螺紋工時(shí)：
輔助時(shí)間：
10.4工序4：粗銑槽26.98 19.74 19.26 13.24 10.9
（a）粗銑槽26.98
進(jìn)給量的確定：根據(jù)切削手冊14，按機(jī)床功率為510Kw,工件-夾具系統(tǒng)鋼度為中等條件選取該工序，每齒進(jìn)給量取為0.08mm/z
銑削速度計(jì)算：根據(jù)切削手冊，按鑲齒銑刀，d/z=80/10（d=80mm,z=10）的條件選取，切削速度v可取44.9m/min。由公式可求得該工序銑刀轉(zhuǎn)速為:
參照切削手冊所列X51立式銑床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=160r/min,再將此公式代入上述公式重新計(jì)算，可求出該工序的實(shí)際切削速度v為
該工序切削用量為：主軸轉(zhuǎn)速n=160r/min, 切削速度v=42.2m/min，背吃刀量=2mm,每齒進(jìn)給量=0.08mm/z
切削工時(shí)：根據(jù)切削手冊中銑刀銑平面的基本時(shí)間計(jì)算公式可求出該工序的基本時(shí)間為
=
=
輔助時(shí)間：
工序的總時(shí)間
（b）粗銑槽19.74
進(jìn)給量的確定：根據(jù)切削手冊，按機(jī)床功率為510Kw,工件-夾具系統(tǒng)鋼度為中等條件選取該工序，每齒進(jìn)給量取為0.08mm/z
銑削速度計(jì)算：根據(jù)切削手冊，按鑲齒銑刀，d/z=80/10（d=80mm,z=10）的條件選取，切削速度v可取44.9m/min。由公式可求得該工序銑刀轉(zhuǎn)速為:
參照切削手冊所列X51立式銑床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=160r/min,再將此公式代入上述公式重新計(jì)算，可求出該工序的實(shí)際切削速度v為
該工序切削用量為：主軸轉(zhuǎn)速n=160r/min, 切削速度v=42.2m/min，背吃刀量=2mm,每齒進(jìn)給量=0.08mm/z
切削工時(shí)：根據(jù)切削手冊中銑刀銑平面的基本時(shí)間計(jì)算公式可求出該工序的基本時(shí)間為
=
=
輔助時(shí)間：
工序的總時(shí)間
（c）粗銑槽19.26
進(jìn)給量的確定：根據(jù)切削手冊，按機(jī)床功率為510Kw,工件-夾具系統(tǒng)鋼度為中等條件選取該工序，每齒進(jìn)給量取為0.08mm/z
銑削速度計(jì)算：根據(jù)切削手冊，按鑲齒銑刀，d/z=80/10（d=80mm,z=10）的條件選取，切削速度v可取44.9m/min。由公式可求得該工序銑刀轉(zhuǎn)速為:
參照切削手冊所列X51立式銑床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=160r/min,再將此公式代入上述公式重新計(jì)算，可求出該工序的實(shí)際切削速度v為
該工序切削用量為：主軸轉(zhuǎn)速n=160r/min, 切削速度v=42.2m/min，背吃刀量=2mm,每齒進(jìn)給量=0.08mm/z
切削工時(shí)：根據(jù)切削手冊中銑刀銑平面的基本時(shí)間計(jì)算公式可求出該工序的基本時(shí)間為
=
=
輔助時(shí)間：
工序的總時(shí)間
（d）粗銑槽13.24
進(jìn)給量的確定：根據(jù)切削手冊，按機(jī)床功率為510Kw,工件-夾具系統(tǒng)鋼度為中等條件選取該工序，每齒進(jìn)給量取為0.08mm/z
銑削速度計(jì)算：根據(jù)切削手冊，按鑲齒銑刀，d/z=80/10（d=80mm,z=10）的條件選取，切削速度v可取44.9m/min。由公式可求得該工序銑刀轉(zhuǎn)速為:
參照切削手冊所列X51立式銑床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=160r/min,再將此公式代入上述公式重新計(jì)算，可求出該工序的實(shí)際切削速度v為
該工序切削用量為：主軸轉(zhuǎn)速n=160r/min, 切削速度v=42.2m/min，背吃刀量=2mm,每齒進(jìn)給量=0.08mm/z
切削工時(shí)：根據(jù)切削手冊中銑刀銑平面的基本時(shí)間計(jì)算公式可求出該工序的基本時(shí)間為
=
=
輔助時(shí)間：
工序的總時(shí)間
（e）粗銑槽10.9
進(jìn)給量的確定：根據(jù)切削手冊，按機(jī)床功率為510Kw,工件-夾具系統(tǒng)鋼度為中等條件選取該工序，每齒進(jìn)給量取為0.08mm/z
銑削速度計(jì)算：根據(jù)切削手冊，按鑲齒銑刀，d/z=80/10（d=80mm,z=10）的條件選取，切削速度v可取44.9m/min。由公式可求得該工序銑刀轉(zhuǎn)速為:
參照切削手冊所列X51立式銑床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=160r/min,再將此公式代入上述公式重新計(jì)算，可求出該工序的實(shí)際切削速度v為
該工序切削用量為：主軸轉(zhuǎn)速n=160r/min, 切削速度v=42.2m/min，背吃刀量=2mm,每齒進(jìn)給量=0.08mm/z
切削工時(shí)：根據(jù)切削手冊中銑刀銑平面的基本時(shí)間計(jì)算公式可求出該工序的基本時(shí)間為
=
=
輔助時(shí)間：
工序的總時(shí)間
10.5工序5：銑R0.8
進(jìn)給量的確定：
根據(jù)切削手冊按機(jī)床功率為510Kw工件——夾具系統(tǒng)鋼度為中等條件選取該工序每齒進(jìn)給量取為0.08mm/z
銑削速度計(jì)算：
根據(jù)切削手冊按鑲齒銑刀d/z=80/10（d=80mm,z=10）的條件選取，切削速度v可取44.9m/min。由公式可求得該工序銑刀轉(zhuǎn)速為
參照切削手冊所列的X51立式銑床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=160r/min，再將公式代入上述公式重新計(jì)算，可求出該工序的實(shí)際切削速度v為
該工序切削量為：主軸轉(zhuǎn)速n=160r/min, 切削速度v=42.2m/min，背吃刀量=2mm,每齒進(jìn)給量=0.08mm/z
切削工時(shí)：根據(jù)切削手冊中銑刀銑平面的基本時(shí)間計(jì)算公式可求出該工序的基本時(shí)間為
=
輔助時(shí)間；
該工序的總時(shí)間
10.6工序6：清銑
10.7工序7：終檢
參考文獻(xiàn)
[1]葉 凱，林明山。鋁質(zhì)易拉罐技術(shù)研究與應(yīng)用[J]中國包裝工業(yè)，2002（3）：6-9
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[3]戴枝榮，張遠(yuǎn)明。工程材料。東南大學(xué)
附錄（工序卡片）
四川大學(xué)錦城學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（文獻(xiàn)綜述）
題 目 易拉罐模具及其成型工藝的設(shè)計(jì)
系 別 機(jī)械工程系
專 業(yè) 機(jī)械制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名 楊 柯
學(xué) 號 120920503 年級 2012級
指導(dǎo)教師 秦 琴
二ΟΟ 年 月 日
易拉罐模具及其成型工藝的設(shè)計(jì)
專業(yè)：機(jī)械制造及其自動(dòng)化
學(xué)生：楊柯 指導(dǎo)老師：秦琴
摘 要
鋁質(zhì)易拉罐在飲料包裝容器中占有相當(dāng)大的比重。隨著飲料包裝市場競爭的不斷加劇,對眾多制罐企業(yè)而言,如何在易拉罐生產(chǎn)中最大限度地減少板料厚度,減輕單罐質(zhì)量,提高材料利用率,降低生產(chǎn)成本,是企業(yè)追求的重要目標(biāo)。為此,以輕量化(light_weighting)為特征的技術(shù)改造和技術(shù)創(chuàng)新正在悄然興起。易拉罐輕量化涉及到許多關(guān)鍵性技術(shù),其中罐體成形工藝和模具技術(shù)是十分重要的方面。本文將著重從這兩點(diǎn)出發(fā)探討易拉罐輕量化發(fā)展的可行性。
關(guān)鍵詞： 易拉罐 成型工藝 輕量化 目錄
1食品用易拉罐制造業(yè)的發(fā)展 4
2罐體制造工藝和技術(shù) 4
2.1罐體制造工藝流程 4
2.2罐體制造工藝分析 5
3模具設(shè)計(jì)與制造 8
3.1罐體拉伸模 8
3.2變薄拉伸模 9
3.3罐底成形模 9
4結(jié)束語 10
參考文獻(xiàn) 11
1食品用易拉罐制造業(yè)的發(fā)展
1940年，歐美開始發(fā)售用不銹鋼罐裝的啤酒，同一時(shí)期鋁罐的出現(xiàn)也成為制罐技術(shù)的飛躍。1963年，易拉罐在美國得以發(fā)明，它繼承了以往罐形的造型設(shè)計(jì)特點(diǎn)，在頂部設(shè)計(jì)了易拉環(huán)。這是一次開啟方式的革命，給人們帶來了極大的方便和享受，因而很快得到普遍應(yīng)用。到了1980年，歐美市場基本上全都采用了這種鋁罐作為啤酒和碳酸飲料的包裝形式。隨著設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，鋁罐趨向輕量化，從最初的60克降到了1970年的21～15克左右葉 凱。鋁質(zhì)易拉罐輕量化的罐型分析與模具改進(jìn)[J]。模具工業(yè)，2012,38(1)；29-34
。
制造易拉罐的材料有兩種：一是鋁材，二是馬口鐵。本文計(jì)劃從鋁材出發(fā)，探討鋁材加工易拉罐的可行性。美國用于包裝容器的鋁金屬材料消費(fèi)1998年達(dá)到199.92萬噸，比1997年增長2.24％，成為第二大消費(fèi)市場，占全年鋁消費(fèi)量的21.6％。美國在易拉罐方面的材料始終采用鋁板材，每年約有40％鋁板材用于易拉罐方面的生產(chǎn)。歐洲14％左右鋁金屬材料用于飲料生產(chǎn)，由于鋁質(zhì)金屬的較高回收再使用價(jià)值，出于對環(huán)境保護(hù)的考慮，現(xiàn)在已開始大量轉(zhuǎn)向鋁材方面；由于鋼罐比鋁罐成本低約千分之七美元，在南美地區(qū)鋼罐主導(dǎo)飲料包裝市場，但隨著環(huán)保意識的提高，以及對資源的循環(huán)使用方面考慮，包裝材料鋁質(zhì)逐步替代鋼質(zhì)。巴西現(xiàn)在采用率為65％，今后兩年會增長10％。在噴霧罐方面，過去一直是由鋼質(zhì)主導(dǎo)地位，而從2000年開始已有許多產(chǎn)品轉(zhuǎn)向鋁材，增長率達(dá)到2％～3％，隨著拉伸技術(shù)在生產(chǎn)噴霧罐方面的應(yīng)用，鋁質(zhì)類噴霧罐將逐步占領(lǐng)市場馬全倉。國內(nèi)外3104深沖鋁板織構(gòu)對比分析［J］。輕合金加工技術(shù)，2008（36）:32-42
。
由此可見，在易拉罐發(fā)展的歷史中，前量化、環(huán)保型一直是易拉罐制造業(yè)追求的目標(biāo)。那么，易拉罐的成型工藝的改進(jìn)，就成了促進(jìn)易拉罐輕量化、環(huán)?；闹匾襟E。本文討論食品用易拉罐，材料分三種：罐體采用3004合金鋁，罐蓋采用5182合金鋁，而拉環(huán)部分則采用5042合金鋁。
2罐體制造工藝和技術(shù)
罐體加工包含許多步驟，任何步驟都將直接影響到后期罐體的外形、質(zhì)地，所以罐體制造工藝中的每一步都馬虎不得。
2.1罐體制造工藝流程
CCB_1A型罐罐體的主要制造工藝流程如下:卷料輸送，卷料潤滑，落料、拉伸，罐體成形，修邊，清洗/烘干，堆垛/卸，涂底色，烘干，彩印，底涂，烘干，內(nèi)噴涂，內(nèi)烘干，罐口潤滑，縮頸，旋壓縮頸。在工藝流程中,落料、拉伸、罐體成形、修邊、縮徑、旋壓縮徑/翻邊工序需要模具加工,其中以落料、拉伸和罐體成形工序與模具最為關(guān)鍵,其工藝水平及模具設(shè)計(jì)制造水平的高低,直接影響易拉罐的質(zhì)量和生產(chǎn)成本本刊編輯部.從申城精品展示看蓬勃發(fā)展的模具工業(yè)———中國模具工業(yè)副理事長兼秘書長曹延安先生訪談錄[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2004(5):6-8
。
2.2罐體制造工藝分析
參考韓向東的《鋁質(zhì)易拉罐成型工藝》，將罐體制造工藝分為了兩個(gè)部分：落料—拉伸復(fù)合工序，罐體成形工序。在落料—拉伸復(fù)合程序中，著重考慮以下幾點(diǎn)：檢驗(yàn)出合理的壁厚減薄比；突耳率對罐體拉伸的影響；選取合適的拉伸比。而在罐體成型工序中，變形區(qū)的材料受力情況、罐底的成形力則是重點(diǎn)關(guān)注的對象，需要反復(fù)的實(shí)驗(yàn)得出相關(guān)數(shù)據(jù)。
(1)落料—拉伸復(fù)合工序。拉伸時(shí),坯料邊緣的材料沿著徑向形成杯,因此在塑性流動(dòng)區(qū)域的單元體為雙向受壓,單向受拉的三向應(yīng)力狀態(tài),如圖1葉 凱，林明山。鋁質(zhì)易拉罐技術(shù)研究與應(yīng)用[J]中國包裝工業(yè)，2002（3）：6-9
所示。
由于受凸模圓弧和拉伸凹模圓弧的作用,通過實(shí)驗(yàn)得知杯下部壁厚約減薄10%,而杯口增厚約25%。杯轉(zhuǎn)角處的圓弧大小對后續(xù)工序(即罐體成形)有較大的影響,若控制不好,易產(chǎn)生罐體斷裂。因此落料拉伸工序必須考慮以下因素:杯的直徑和凸模圓弧、拉伸凹模圓弧、拉伸比、凸凹模間隙、模具表面的摩擦性能、鋁材的機(jī)械性能、材料表面的潤滑、拉伸速度、突耳率等。突耳的產(chǎn)生主要由兩個(gè)因素確定:一是金屬材料的性能,二是拉伸模具的設(shè)計(jì)。突耳出現(xiàn)在杯的最高點(diǎn)同時(shí)也是最薄點(diǎn),將會對罐體成形帶來影響,造成修邊不全,廢品率增高。同時(shí)，計(jì)算拉伸的等高比差值，從輕量化角度分析罐體最佳的長寬比。因此需要做拉伸比對罐體強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)中獲取所需的拉伸比；同時(shí)也要通過實(shí)驗(yàn)得到合理的坯料直徑以及杯直徑。基于以上實(shí)驗(yàn)分析,確定拉伸工序選擇的拉伸比m=36.55%,坯料直徑Dp=140.20±0.01mm,杯直徑Dc=88.95mm。
(2)罐體成形工序。
變薄拉伸工藝分析。典型的鋁罐拉伸、變薄拉伸過程如圖2葉 凱，林明山。鋁質(zhì)易拉罐技術(shù)研究與應(yīng)用[J]中國包裝工業(yè)，2002（3）：6-9
所示,
圖2
變薄拉伸過程中受力狀況如圖3葉 凱，林明山。鋁質(zhì)易拉罐技術(shù)研究與應(yīng)用[J]中國包裝工業(yè)，2002（3）：6-9
所示。
在拉伸過程中,集中在凹模口內(nèi)錐形部分的金屬是力的變形區(qū),而傳力區(qū)則為凹模的筒壁及殼體底部。在變形區(qū),材料處于軸向方向的受拉、切向方向的受壓、徑向力的受壓的三向應(yīng)力狀態(tài),金屬在三向應(yīng)力的作用下,晶粒細(xì)化,強(qiáng)度增加,伴有加工硬化的產(chǎn)生。在傳力區(qū),各部分材料受力狀況是不相同的,其中位于凸模圓角區(qū)域的金屬受力情況最為惡劣,其在軸向、切向兩向受拉,徑向受壓,因而材料的減薄趨勢嚴(yán)重,金屬易從此處發(fā)生斷裂,從而導(dǎo)致拉伸失敗。比較變形區(qū)和傳力區(qū)金屬的應(yīng)力狀態(tài)可知:變薄拉伸工藝能否順利進(jìn)行主要取決于拉伸凸模圓角部位的金屬所受拉應(yīng)力的大小,當(dāng)拉應(yīng)力超過材料強(qiáng)度極限時(shí)就會引起斷裂,否則拉伸工藝可以順利進(jìn)行。因此,減小拉伸過程中的拉應(yīng)力成為保證拉伸順利進(jìn)行的關(guān)鍵。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，得到變薄拉伸拉伸比的選擇為:再拉伸:25.7%,第1次變薄拉伸:20%～25%,第2次變薄拉伸:23%～28%,第3次變薄拉伸:35%～40%。在成形過程中,影響金屬內(nèi)部所受拉應(yīng)力大小的因素很多,其中凹模錐角α的取值直接關(guān)系到變形區(qū)金屬的流動(dòng)特性,進(jìn)而影響拉伸所需成形力的大小,所以,其數(shù)值合理與否對工藝的實(shí)施有著重要影響。當(dāng)α較小時(shí),變形區(qū)的范圍比較大,金屬易于流動(dòng),網(wǎng)格的畸變小。隨著α的增大,變形區(qū)的范圍減小,金屬的變形集中,流動(dòng)阻力增大,網(wǎng)格畸變嚴(yán)重。而且,隨著凹模錐角的增大,變形區(qū)材料的應(yīng)變相應(yīng)增加,這說明凹模錐角較大時(shí),不僅金屬的變形范圍集中,而且變形量迅速上升,因而使得變形區(qū)屬的加工硬化現(xiàn)象加劇,導(dǎo)致金屬內(nèi)部的應(yīng)力上升,從而對拉伸產(chǎn)生不利影響。另一方面,在α過大或過小時(shí)都會引起拉伸力的增加,其原因在于:當(dāng)α過大時(shí),金屬流動(dòng)急劇,材料的加工硬化效應(yīng)顯著, 并且隨著錐角的增大,凹模錐面部分產(chǎn)生的阻礙金屬流動(dòng)的分力加大,因而所需拉伸力增加;當(dāng)α過小時(shí),雖然金屬流動(dòng)的轉(zhuǎn)折小,但由于變形區(qū)金屬與凹面的接觸錐面長,錐面上總摩擦阻力大,因此網(wǎng)格畸變雖小,總拉伸力卻增大。由此可見,凹模錐角的合理確定應(yīng)同時(shí)考慮變形區(qū)材料的變形特點(diǎn)以及模具與工件間的摩擦狀況,凹模錐角合理范圍的確定對拉伸工藝有著直接的影響。工藝試驗(yàn)表明,對于CCB_1A型罐用鋁材3104H19,其凹模錐角合理取值在α=5°～8°為宜。底部成形工藝分析。罐底部成形發(fā)生在凸模行程的終點(diǎn),采用的是反向再拉伸工藝。圖4葉 凱，林明山。鋁質(zhì)易拉罐技術(shù)研究與應(yīng)用[J]中國包裝工業(yè)，2002（3）：6-9
為罐底成形受力狀況示意圖,
底部成形力主要取決于摩擦力的性質(zhì)以及壓邊力的大小。通常,材料的厚度和強(qiáng)度是一對矛盾,材料愈薄,強(qiáng)度愈低,因此輕量化技術(shù)要求減少罐底直徑及設(shè)計(jì)特殊的罐底形狀。工藝試驗(yàn)表明,罐底溝外壁夾角α1若大于40°,將大大減小罐底耐壓[5]?？紤]到金屬的成形性,凸模圓弧R不能小于3倍的料厚。但R太大,將會減小強(qiáng)度。球面和罐底溝內(nèi)壁圓弧R1至少為3倍料厚,通常R1取4～5倍料厚。減小罐底溝內(nèi)壁夾角α2,將增加強(qiáng)度,生產(chǎn)中大多數(shù)采用10°以下。罐底部有兩處失效點(diǎn):一為底部球面;二為連接球面和側(cè)壁的罐底部圓弧R。罐底球面的強(qiáng)度取決于以下幾個(gè)因素:材料的彈性模量、底部直徑、材料的強(qiáng)度、球面半徑以及在底部成形時(shí)金屬的變薄程度。罐底球面半徑常用公式R球=d1/0.77確定,實(shí)際取R球=45.72mm[6]。
3模具設(shè)計(jì)與制造
在易拉罐的制作過程中，模具的設(shè)計(jì)與制造一個(gè)及其重要的環(huán)節(jié)。模具設(shè)計(jì)成功，是成功制造易拉罐的先決條件。這里介紹了模具的三個(gè)板塊：罐體拉伸模、變薄拉伸膜以及罐底成型模。
3.1罐體拉伸模
罐體拉伸過程實(shí)際上是筒形件的拉伸過程,拉伸過程中,其材料的凸緣部分在壓應(yīng)力作用下易失穩(wěn),導(dǎo)致起皺,因此必須考慮設(shè)置防止起皺的壓邊裝置。當(dāng)材料通過凹模時(shí),凹模圓角部分是一個(gè)過渡區(qū),其變形較復(fù)雜,除了徑向拉伸與切向壓縮外,還受彎曲作用,因此凹模圓角選擇尤為重要。材料通過凹模圓角后,處于拉伸狀態(tài),由于拉伸力來自凸模壓力,是經(jīng)過凸模圓角處傳遞的,凸模圓角處的材料變薄最嚴(yán)重,此處成為最易破裂的危險(xiǎn)斷面。
落料—拉伸組合模結(jié)構(gòu)如圖5鋁質(zhì)易拉罐成形工藝及模具————韓向東1,李志見2?！赌＞吖I(yè)》2004.No.4總278
所示。
3.2變薄拉伸模
易拉罐罐體成形實(shí)際上是將再拉伸和3道變薄拉伸組合在一起的組合工序?，F(xiàn)將變薄拉伸模的設(shè)計(jì)介紹如下:
(1)模具材料。凸模:基體材料為合金工具鋼,凸模材料為M2,熱處理硬度60～62HRC,鍍TiN。凹模(變薄拉伸環(huán)):基體材料為合金工具鋼,?？诓牧蠟橛操|(zhì)合金(牌號為VALENITEVCID_H.L.D或KE_84KENNAMETAL)[7]。
(2)變形量。變薄拉伸比δ的計(jì)算公式為:δn=(tn-tn-1)/tn×100%,其中tn、tn-1分別為n次及n-1次變薄拉伸后的零件側(cè)面壁厚,計(jì)算得:δ1=(0.285-0.225)/ 0.285×100%=21.05%;δ2=(0.225-0.170)/ 0.225×100%=24.44%;δ3=(0.170-0.106)/0.170×100%=37.65%[8]。
制罐工廠常常根據(jù)給定的材料厚度、罐體厚、薄壁要求、拉伸環(huán)和凸模尺寸、拉伸機(jī)精度等條件,編制拉伸環(huán)和凸模的匹配表供技術(shù)人員、模具維修人員和操作人員選配凸模和拉環(huán)。
(3)模具的工作部分參數(shù)。凸模:凸模圓弧R1.016±0.025mm,再拉伸凸模圓弧R2.286mm,罐底溝外側(cè)壁圓弧R10.478±0.013mm。變薄拉伸環(huán):凹模錐角α=5°,工作帶寬度h=0.38+0.25mm。
3.3罐底成形模
罐底成形模結(jié)構(gòu)如圖6鋁質(zhì)易拉罐成形工藝及模具————韓向東1,李志見2?！赌＞吖I(yè)》2004.No.4總278
所示。
罐底凸模材料選用合金工具鋼Cr12MoV,熱處理硬度60～64HRC,其輪廓形狀應(yīng)與罐型設(shè)計(jì)一致。底壓邊模材料選用合金工具鋼Cr5MoV,熱處理硬度58～60HRC,其輪廓形狀應(yīng)與凸模相匹配[9]。
4結(jié)束語
(1)易拉罐拉伸工序考慮的重要因素有:拉伸比、凸、凹模圓弧半徑、凸、凹模間隙、鋁材機(jī)械性能、潤滑、作業(yè)參數(shù)。沖杯、變薄拉伸/修邊、縮口/翻邊這三道精密成形工序決定了鋁易拉罐國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9106-2001規(guī)定的所有結(jié)構(gòu)尺寸及軸向承壓力及耐壓力這兩項(xiàng)重要物理指標(biāo)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9106-2001,包裝容器鋁易開蓋兩片罐[S]
，其成形質(zhì)量也關(guān)系到下游飲料啤酒廠家罐裝時(shí)的封口質(zhì)量。
(2)變薄拉伸工序中凹模錐角α的大小關(guān)系到變形區(qū)金屬的流動(dòng)性質(zhì)、應(yīng)力大小以及模具的受力情況,合理的取值范圍為α=5°～8°。成形工藝也決定了易拉罐罐型及罐體規(guī)格的變化，為了滿足不同內(nèi)容物、不同消費(fèi)場合的需求，市場上鋁易拉罐有多種罐型，罐體規(guī)格常見的有330mL，350mL,500mL，鋁易拉罐罐型及罐體規(guī)格的變化實(shí)際就是成形模具的不斷變化。
(3)合適的罐型設(shè)計(jì)是輕量化技術(shù)能否實(shí)施的關(guān)鍵。研究表明,對于CCB_1A型罐,設(shè)計(jì)參數(shù)選擇:底溝外壁夾角α1=32°,罐底溝內(nèi)壁夾角α2=5°,凸模圓弧R=1.016mm,球面和罐底溝內(nèi)壁圓弧R1=1.524mm,罐底球面半徑R球=45.72mm,可以大大增加罐體強(qiáng)度。外形既定，還可從鋁合金材料入手，使得罐體更加傾向于輕量化。輕量化是鋁易拉罐廠家降低生產(chǎn)成本的主要手段，輕量化有兩條重要技術(shù)途徑，即罐用鋁板的減薄和罐口尺寸變小，國內(nèi)易拉罐廠家使用的鋁板厚度已從0.35mm減至0.275mm，罐口尺寸也從206規(guī)格縮為202規(guī)格，成形工藝及模具技術(shù)的進(jìn)步水平?jīng)Q定了鋁板厚度的減薄和罐口尺寸變小程度，易拉罐成形工藝的進(jìn)步引領(lǐng)了易拉罐生產(chǎn)成本的降低。 參考文獻(xiàn)
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XXXX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）
題目：易拉罐沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)
專 業(yè) 模具設(shè)計(jì)與制造
班 級
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設(shè)計(jì)時(shí)間
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XXXX學(xué)校
機(jī)械工程系
XXXX大院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）《易拉罐沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用、表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級：
學(xué) 號：
作者姓名：
2015 年 10 月 7 日
目 錄
摘 要 5
引 言 7
第一章、沖裁件的工藝性分析 10
1.1.沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性 11
1.1.1.沖裁件的形狀 11
第二章、制件沖壓工藝方案的確定 12
2.1.沖壓工序的組合 12
2.2.沖壓順序的安排 12
第三章、制件排樣圖的設(shè)計(jì)及材料利用率的計(jì)算 13
3.1.展開尺寸的計(jì)算 13
3.2.制件排樣圖的設(shè)計(jì) 14
3.2.1.搭邊與料寬 14
3.3.材料利用率的計(jì)算 16
第四章、確定總沖壓力和選用壓力機(jī)及計(jì)算壓力中心 17
4.1.落料拉深模 17
4.1.1.落料力計(jì)算 17
4.1.2.拉深力計(jì)算 17
4.2.變薄拉伸壓力的計(jì)算 19
4.2.1.拉深力的計(jì)算 19
4.2.2.頂件力的計(jì)算 19
4.3.壓力中心的計(jì)算 19
4.4.壓力機(jī)的選用 20
第五章、凸、凹模刃口尺寸計(jì)算 21
5.1.落料尺寸的計(jì)算 21
5.2.拉伸模 22
第六章、模具整體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì) 25
6.1.模具類型 25
6.2.操作與定位方式 25
6.3.卸料與出件方式 25
6.4.模架類型及精度 25
6.5.落料拉伸模結(jié)構(gòu)形式 25
6.6.變薄拉伸模具結(jié)構(gòu) 27
6.7.底部成型模具結(jié)構(gòu) 28
第七章、模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 30
7.1.拉深凸模的設(shè)計(jì) 30
7.2.落料凹模的設(shè)計(jì) 30
7.3.凸凹模的設(shè)計(jì) 32
7.4.變薄拉伸凸模的設(shè)計(jì) 33
7.5.變薄拉伸凹模的設(shè)計(jì) 34
7.6.底部成型凸模的設(shè)計(jì) 34
7.7.底部成型凹模的設(shè)計(jì) 35
7.8.選擇堅(jiān)固件及定位零件 36
7.9.設(shè)計(jì)和選用卸料與出件零件 36
7.10.選擇模架及其它模具零件 36
7.11.壓力機(jī)的校核 37
7.11.1.公稱壓力 37
7.11.2.工作臺面的尺寸 37
第八章、模具的總裝配 38
設(shè)計(jì)小結(jié) 39
參考文獻(xiàn) 40
摘 要
沖壓加工作為一個(gè)行業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)的加工業(yè)中占有重要的地位。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，沖壓件在各個(gè)行業(yè)中均占相當(dāng)大的比重，尤其在汽車、電機(jī)、儀表、軍工、家用電器等方面所占的比重更大。沖壓加工的應(yīng)用范圍極廣，從精細(xì)的電子元件、儀表指針到重型汽車的覆蓋件和大梁、高壓容器封頭以及航天器的蒙皮、機(jī)身等均需沖壓加工。沖壓件在形狀和尺寸精度方面的互換性較好，一般情況下，可以直接滿足裝配和使用要求。此外，在沖壓過程中由于材料經(jīng)過塑性變形，金屬內(nèi)部組織得到改善，機(jī)械強(qiáng)度有所提高，所以，沖壓件具有質(zhì)量輕、剛度好、精度高和外表光滑、美觀等特點(diǎn)。
沖壓加工是一種套高生產(chǎn)率的加工方法，如汽車等大型零件每分鐘可生產(chǎn)幾件，而小零件的高速沖壓則每分鐘可生產(chǎn)千件以上。由于沖壓加工的毛坯是板材或卷材，一般又在冷狀態(tài)下加工，因此輕易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，比較適宜配置機(jī)械人而實(shí)現(xiàn)無人化生產(chǎn)。特別是適用于定型產(chǎn)品的中大批生產(chǎn)?！皼_壓要發(fā)展，模具是關(guān)鍵”，提高模具的效率需從沖模設(shè)計(jì)和制造開始。
當(dāng)然，沖壓加工與其他加工方法一樣，也有其自身的局限性，例如，沖模的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，模具價(jià)格偏高。因此，對小批量、多品種生產(chǎn)時(shí)采用昂貴的沖模，經(jīng)濟(jì)上不合算，目前為了解決這方面的問題，正在努力發(fā)展某些簡易沖模，如聚氨脂橡膠沖模、低合金沖模以及采用通用組合沖模、鋼皮模等，同時(shí)也在進(jìn)行沖壓加工中心等新型設(shè)備與工藝的研究。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容是：易拉罐沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的不僅是對大學(xué)所學(xué)知識的一個(gè)鞏固和總結(jié)，而且是大學(xué)期間重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，它能綜合培養(yǎng)查資料的能力、畫圖能力、獨(dú)立分析能力、向老師、同學(xué)學(xué)習(xí)的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)作為對所學(xué)專業(yè)知識的一次綜合檢測，為以后參加工作也將奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
本次重點(diǎn)設(shè)計(jì)的是一副落料拉深復(fù)合模，一副變薄拉伸模，一副底部成型模。這次設(shè)計(jì)是在老師認(rèn)真、耐心的指導(dǎo)下進(jìn)行的，是在對模具的經(jīng)濟(jì)性、模具的壽命、生產(chǎn)周期及生產(chǎn)成本等因素進(jìn)行了全面的仔細(xì)的分析下而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。因我個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和水平有限，因此很難避免在設(shè)計(jì)的過程中存在不合理之處，望各位老師多多批評指正。
本論文是在老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的。老師那嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，淵博的知識為我們樹立了榜樣，在此向她表示衷心的感謝！
在論文的設(shè)計(jì)和寫作過程中，得到同學(xué)的大力支持和協(xié)助，在此一并感謝！
我相信：在老師的耐心指導(dǎo)和同學(xué)們的大力支持下，我一定能順利完成本次設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：沖壓，沖壓加工，模具結(jié)構(gòu)，模具加工，加工中心，工藝，工藝性分析、模具工藝方案論證、工藝計(jì)算、加工設(shè)備選定、制造工藝、收集和查閱設(shè)計(jì)資料，繪圖及編寫設(shè)計(jì)技術(shù)文件等。
引 言
模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景
現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應(yīng)求，市場需求量維持在700億至850億美元，同時(shí)，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機(jī)遇。近幾年，我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持15%的年增長率（據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2005年國內(nèi)模具進(jìn)口總值達(dá)到700多億，同時(shí)，有近250個(gè)億的出口），到2007年模具產(chǎn)值預(yù)計(jì)為700億元，模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口將從現(xiàn)在的每年9000多萬美元增長到2006年的2億美元左右。單就汽車產(chǎn)業(yè)而言，一個(gè)型號的汽車所需模具達(dá)幾千副，價(jià)值上億元，而當(dāng)汽車更換車型時(shí)約有80%的模具需要更換。2005年我國汽車產(chǎn)銷量均突破550萬輛，預(yù)計(jì)2007年產(chǎn)銷量各突破700萬輛，轎車產(chǎn)量將達(dá)到300萬輛。另外，電子和通訊產(chǎn)品對模具的需求也非常大，在發(fā)達(dá)國家往往占到模具市場總量的20%之多。目前，中國17000多個(gè)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達(dá)245億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。
模具的發(fā)展是體現(xiàn)一個(gè)國家現(xiàn)代化水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志，就我國而言，經(jīng)過了這幾十年曲折的發(fā)展，模具行業(yè)也初具規(guī)模，從當(dāng)初只能靠進(jìn)口到現(xiàn)在部分進(jìn)口已經(jīng)跨了一大步，但還有一些精密的沖模自己還不能生產(chǎn)只能通過進(jìn)口來滿足生產(chǎn)需要。隨著各種加工工藝和多種設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用使的模具的應(yīng)用和設(shè)計(jì)更為方便。隨著信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，模具的設(shè)計(jì)和制造也越來越趨近于國際化?，F(xiàn)在模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造（CAD/CAM）技術(shù)的研究和應(yīng)用。大大提搞了模具設(shè)計(jì)和制造的效率。減短了生產(chǎn)周期。采用模具CAD/CAM技術(shù)，還可提高模具質(zhì)量，大大減少設(shè)計(jì)和制造人員的重復(fù)勞動(dòng)，使設(shè)計(jì)者有可能把精力用在創(chuàng)新和開發(fā)上。尤其是pro/E和UG等軟件的應(yīng)用更進(jìn)一步推動(dòng)了模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展使模具工作零件的加工趨進(jìn)于自動(dòng)化。電火花和線切割技術(shù)的廣泛應(yīng)用也對模具行業(yè)起到了飛越發(fā)展。模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度在國內(nèi)外現(xiàn)在也比較明顯。特別是對一些通用件的使用應(yīng)用的越來越多。其大大的提高了它們的互換性。加強(qiáng)了各個(gè)地區(qū)的合作。對整個(gè)模具的行業(yè)水平的提高也起到了重要的作用。
我國考古發(fā)現(xiàn)，早在2000多年前，我國已有沖壓模具被用于制造銅器，證明了中國古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就就在世界領(lǐng)先。1953年，長春第一汽車制造廠在中國首次建立了沖模車間，該廠于1958年開始制造汽車覆蓋件模具。我國于20世紀(jì)60年代開始生產(chǎn)精沖模具。在走過了漫長的發(fā)展道路之后，目前我國已形成了300多億元（未包括港、澳、臺的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，下同。）各類沖壓模具生產(chǎn)能力。
改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨(dú)資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家?！ ?
近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。一些國?nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個(gè)別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。
鋁質(zhì)易拉罐在飲料包裝容器中占有相當(dāng)大的比重。隨著飲料包裝市場競爭的不斷加劇,對眾多制罐企業(yè)而言,如何在易拉罐生產(chǎn)中最大限度地減少板料厚度,減輕單罐質(zhì)量,提高材料利用率,降低生產(chǎn)成本,是企業(yè)追求的重要目標(biāo)。為此,以輕量化(light_weighting)為特征的技術(shù)改造和技術(shù)創(chuàng)新正在悄然興起。易拉罐輕量化涉及到許多關(guān)鍵性技術(shù),其中罐體成形工藝和模具技術(shù)是十分重要的方面。本文將著重從這兩點(diǎn)出發(fā)探討易拉罐輕量化發(fā)展的可行性。
雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具依賴進(jìn)口。
近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá)到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級進(jìn)模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)到Ra≦1.5μm的精沖模，大尺寸（φ≧300mm）精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的水平。
第一章、沖裁件的工藝性分析
沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖裁工藝的適應(yīng)性,即沖裁件的形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差與尺寸基準(zhǔn)等是否符合沖裁工藝的要求。沖裁件的工藝性對沖裁工件的質(zhì)量、材料利用率、生產(chǎn)率、模具制造難易、模具壽命、操作方式及沖壓設(shè)備的選用等都有很大的影響。一般情況下，對沖裁件工藝性影響最大是幾何形狀、尺寸、精度要求。良好的沖裁件工藝性能滿足材料省、工序少、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、模具較易加工、操作方便且壽命較高等要求，從而顯著降低沖裁件的制造成本。
材料分析
制造易拉罐的材料有兩種：一是鋁材，二是馬口鐵。本文計(jì)劃從鋁材出發(fā)，探討鋁材加工易拉罐的可行性。美國用于包裝容器的鋁金屬材料消費(fèi)1998年達(dá)到199.92萬噸，比1997年增長2.24％，成為第二大消費(fèi)市場，占全年鋁消費(fèi)量的21.6％。美國在易拉罐方面的材料始終采用鋁板材，每年約有40％鋁板材用于易拉罐方面的生產(chǎn)。歐洲14％左右鋁金屬材料用于飲料生產(chǎn)，由于鋁質(zhì)金屬的較高回收再使用價(jià)值，出于對環(huán)境保護(hù)的考慮，現(xiàn)在已開始大量轉(zhuǎn)向鋁材方面；由于鋼罐比鋁罐成本低約千分之七美元，在南美地區(qū)鋼罐主導(dǎo)飲料包裝市場，但隨著環(huán)保意識的提高，以及對資源的循環(huán)使用方面考慮，包裝材料鋁質(zhì)逐步替代鋼質(zhì)。巴西現(xiàn)在采用率為65％，今后兩年會增長10％。在噴霧罐方面，過去一直是由鋼質(zhì)主導(dǎo)地位，而從2000年開始已有許多產(chǎn)品轉(zhuǎn)向鋁材，增長率達(dá)到2％～3％，隨著拉伸技術(shù)在生產(chǎn)噴霧罐方面的應(yīng)用，鋁質(zhì)類噴霧罐將逐步占領(lǐng)市場
。
本次設(shè)計(jì)采用3004鋁，其塑性好，適合沖裁。厚度1.5mm?？辜魪?qiáng)度100MPa，抗拉強(qiáng)度120MPa。
1.1.沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性
1.1.1.沖裁件的形狀
圖1.零件及尺寸
此制件的形狀較簡單，且對稱，有圓角過渡，便于模具的加工和減少沖壓時(shí)在尖角處開裂的現(xiàn)象，同時(shí)也可以防止尖角部位刃口的過快磨損。
第二章、制件沖壓工藝方案的確定
2.1.沖壓工序的組合
該工件包括落料、拉深、切邊、整形等基本工序，可以采用以下三種工藝方案：
方案一：先落料，多次拉深，切邊，整形，采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：落料拉深，多次變薄拉伸，整形，切邊，采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案三：拉深多次，切邊級進(jìn)沖壓；采用級進(jìn)模生產(chǎn)。
各方案之間的比較
方案一、單工序模沖裁：模具結(jié)構(gòu)簡單，但成本高而生產(chǎn)效率低，不適合大批量生產(chǎn)；
方案二、復(fù)合模沖裁：模具結(jié)構(gòu)簡單,適于生產(chǎn)精度要求較高的軟材料或薄板料沖壓件,適合該鋁產(chǎn)品。
方案三、連續(xù)模沖裁：又稱級進(jìn)沖裁,屬于多工序沖壓模,其主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高,容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化.
結(jié)論：通過以上工藝比較，結(jié)合實(shí)際，宜采用方案二為佳。
2.2.沖壓順序的安排
該沖裁件包括落料和拉深，切邊三個(gè)基本工序,可采用的沖裁方案有單工序沖裁,復(fù)合沖裁和級進(jìn)沖裁三種.零件屬于中批量生產(chǎn),因此采用單工序須要模具數(shù)量較多,生產(chǎn)率低,所用費(fèi)用也高,不合理;若采用復(fù)合沖,可以得出沖件的精度和平直度較好,生產(chǎn)率較高,模具強(qiáng)度也能保證;用級進(jìn)模沖裁時(shí),生產(chǎn)率高,操作方便,但模具加工成本高，維修不方便，通過以上比較，選擇復(fù)合模的沖裁工藝方案。本次課題拉深次數(shù)的確定，至于具體幾次拉深，需要經(jīng)過拉深系數(shù)的計(jì)算，確定拉深工序，然后最終確定幾副模具完成整個(gè)產(chǎn)品。
第三章、制件排樣圖的設(shè)計(jì)及材料利用率的計(jì)算
3.1.展開尺寸的計(jì)算
此零件是直筒型拉伸件，由于產(chǎn)品在拉伸過程中，凸緣部分材料的小單元面積由扇形變?yōu)榫匦?，其過程可以想象為扇形毛坯被拉著通過一個(gè)契形槽，在切線方向被壓縮，在半徑方向被拉長。即在變形過程中，小單元在半徑方向受拉應(yīng)力的作用，在切向受壓應(yīng)力的作用。
首先根據(jù)產(chǎn)品品的材料體積，計(jì)算出所需毛坯的面積，從而計(jì)算出落料直徑，產(chǎn)品底部整形之前的產(chǎn)品如下圖所示：
產(chǎn)品底部材料厚度在整形時(shí)會變薄，但不能小于側(cè)面的材料厚度，這樣會導(dǎo)致產(chǎn)品中心不穩(wěn)，因此在前面拉伸過程中，需要保證產(chǎn)品底面的材料厚度1.5mm保持不變。
因此產(chǎn)品的材料體積粗略計(jì)算為
V=3.14×（35×35-34.5×34.5）×92.5+3.14×35×35×1.5
=15862.8875
假設(shè)展開毛坯的半徑為r，那么3.14×r×r×1.5=15862.8875
r=58.03，取整58，直徑D=116
計(jì)算坯料前要確定拉伸的直徑和高度，根據(jù)拉伸的直徑70，計(jì)算拉伸系數(shù)，m=70/116=0.603，而查表得，此類鋁材的首次最小拉伸系數(shù)為0.52-0.55，所以拉伸到這個(gè)直徑，是完全可以一次實(shí)現(xiàn)，那拉伸的高度時(shí)多少呢？
根據(jù)材料不變薄拉伸參數(shù)計(jì)算，假設(shè)拉伸的高度為H，那么展開直徑為116，根據(jù)這個(gè)反過來計(jì)算拉伸高度，
根據(jù)直筒形零件展開尺寸計(jì)算公式
D=
116=
h=32.78mm，取整32
直筒形件第一次拉伸的最大相對高度為h/d=0.84-0.65，而實(shí)際h/d=32/70.5=0.4539，滿足要求。第一次拉伸直徑到尺寸，而高度只有32，這樣的前提下，可以采用側(cè)面材料變薄拉伸，將側(cè)面的材料側(cè)面擠壓到一定的厚度，才能達(dá)到所要求的高度，同時(shí)還保證產(chǎn)品底面的材料厚度不變。
3.2.制件排樣圖的設(shè)計(jì)
排樣時(shí)需考慮如下原則：
1） 提高材料利用率（不影響沖件使用性能前提下，還可適當(dāng)改變沖件的形狀）
2） 合理排樣方法使操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度低且安全。
3） 模具結(jié)構(gòu)簡單、壽命長。
4） 保證沖件的質(zhì)量和沖件對板料纖維方向的要求。
3.2.1.搭邊與料寬
排樣中相鄰兩個(gè)零件之間的余料或零件與條料邊緣間的余料稱為搭搭邊的作用是補(bǔ)償補(bǔ)償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。
搭邊值要合理確定，值過大，材料利用率低；值過小，搭邊的強(qiáng)度與剛度不夠，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會增大沖裁件毛刺，有時(shí)甚至單邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均，損壞模具刃口。因此，搭邊的最小寬度大于塑性變形區(qū)的寬度，一般可取等于材料的厚度。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，根據(jù)所給材料厚度δ=1.5mm，確定搭邊工作間a1為2mm, a為2.0mm。具體可見排樣圖2。
送料步距和條料寬度的確定
送料步距 條料在模具上每次送進(jìn)的距離成為送料步距。每次只沖一個(gè)零件的步距S的計(jì)算公式為
S=D+a1
S=116+2=118mm
式中 D——平行于送料方向的沖裁寬度；
a1——沖裁之間的搭邊值。
條料寬度 條料寬度的確定原則：最小條料寬度要保證沖裁時(shí)零件周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時(shí)順利地在導(dǎo)料板之間送進(jìn)，并與導(dǎo)料板之間有一定的間隙。
當(dāng)用孔定距時(shí)，可按下式計(jì)算
條料寬度 B-Δ=(Dmax+2a)-Δ
=(116+2×2.0) =120mm
式中 B——條料的寬度（mm）；
Dmax——沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）；
a——側(cè)搭邊值；
Δ——條料寬度的單向（負(fù)向）公差；
剪切條料寬度偏差Δ=0.5, 因此B=120。
3.3.材料利用率的計(jì)算
一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率η為
η=nF/Bs×100%
η=1×3.14×58×58/118×120×100%=74.6%
式中 F——一個(gè)步距內(nèi)沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)）；
n——一個(gè)步距內(nèi)沖裁件數(shù)目；
B——條料寬度（mm）；
s——步距；
第四章、確定總沖壓力和選用壓力機(jī)及計(jì)算壓力中心
4.1.落料拉深模
4.1.1.落料力計(jì)算
F=KLδτ
F=1.3×3.14×116×1.5×100=71026.8N
=71.03KN
式中 F——沖裁力（N）；
L——沖裁件周邊長度（mm）；CAD圖直徑116mm的圓；
τ——材料抗剪強(qiáng)度（MPa）；100MPa
δ——材料厚度(mm)；1.5mm
K——系數(shù)，通常K=1.3；
卸料力Fx的計(jì)算
Fx=Kx Fp （4-2)
Kx——卸料力系數(shù)。
查表3—1得KＸ＝0.02~0.06，取KＸ＝0.06
根據(jù)公式3—3 Fx=KＸ Fp
＝0.06×71.03
≈ 4.26(KN)
4.1.2.拉深力計(jì)算
拉伸力用理論計(jì)算很復(fù)雜，一般采用經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法，經(jīng)驗(yàn)公式建立的基點(diǎn)是，拉伸力的數(shù)值略小于拉伸件危險(xiǎn)斷面的斷裂力；斷裂與拉伸力的比值用系數(shù)K表示；K值的大小取決于拉伸件的形狀及變形方式。其數(shù)值由實(shí)驗(yàn)確定。
拉伸力可按下式計(jì)算
P=3.14Kd1tδ
P=3.14×0.72×70×1.5×120=284860.08N
=28.5KN
式中 F——拉伸力（N）；
d1——拉伸直徑（mm）；
τ——材料抗拉強(qiáng)度（MPa）；120 MPa
t——材料厚度(mm)；1.5mm
K——修正系數(shù)（查表可得），K=0.72；
壓料力的計(jì)算，F(xiàn)=0.08P=28.5×0.08=2.28
表2.3卸料力、推件力及頂件力系數(shù)
沖裁材料
Kx
Kt
Kd
純銅、黃銅
0.02～0.06
0.03～0.09
鋁、鋁合金
0.025～0.08
0.03～0.07
鋼
材料厚度
～0.1
0.06～0.075
0.1
0.14
>0.1～0.5
0.045～0055
0.065
0.08
>0.5～2.5
0.04～0.05
0.050
0.06
>2.5～6.5
0.03～0.04
0.040
0.05
>6.5
0.02～0.03
0.025
0.03
查表2.3 Kx=0.05 Kd=0.06
總沖壓力Fz 總沖壓力是各種沖壓工藝的總和，根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)計(jì)算，由于本模具采用彈性卸料裝置和上出料方式的沖裁模，則：
Fz=F+Fx+P+F
=71.03+4.26+28.5+2.28
=106.07KN
所以落料拉深模的總的沖壓力為F總=106.07KN
4.2.變薄拉伸壓力的計(jì)算
4.2.1.拉深力的計(jì)算
拉伸力可按下式計(jì)算
P=3.14Kd1tδ
F=3.14×0.72×70×1.5×120=28486N
=28.5KN
式中 F——拉伸力（N）；
d1——拉伸直徑（mm）；
τ——材料抗拉強(qiáng)度（MPa）；120MPa
t——材料厚度(mm)；1.5mm
K——修正系數(shù)（查表可得），K=0.72；
4.2.2.頂件力的計(jì)算
生產(chǎn)中常用下列公式計(jì)算
F頂=K頂F
=0.045×28.5=1.28KN
式中 F——拉深力；
F頂——頂料系數(shù)
綜上所述，總的沖裁力為,
F總=F+F頂=28.5+1.28=29.78KN
4.3.壓力中心的計(jì)算
采用解析法求壓力中心，
該產(chǎn)品兩副模具中，尺寸都是沿X軸Y軸對稱
所以力到X軸和到Y(jié)軸的力臂都是0
根據(jù)合力距定理：
YG=（Y1F1+Y2F2+Y3F3）/（F1+F2+F3）
XG=（X1F1+X2F2+X3F3）/（F1+F2+F3）
所以沖壓力到X軸的力臂；YG=0，到Y(jié)軸的力臂；XG=0，
所以兩副模具的壓力中心為（0，0），
4.4.壓力機(jī)的選用
初步確定壓力機(jī)的型號：F公稱≥F總
根據(jù)以上計(jì)算和分析，再結(jié)合車間設(shè)備的實(shí)際情況，選用公稱壓力為630KN的可傾壓力機(jī)（型號為YB32-63）能滿足使用要求。
壓力機(jī)的具體參數(shù)如下
公稱壓力：630KN
滑塊行程：400mm
滑塊行程速度：6mm/s
頂出力：95KN
液體工作壓力：2500
工作臺面尺寸：490mm（前后）×520mm（左右）
第五章、凸、凹模刃口尺寸計(jì)算
5.1.落料尺寸的計(jì)算
設(shè)計(jì)落料模先確定凹模刃口尺寸，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；設(shè)計(jì)沖孔模先確定凸模刃口尺寸，以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上。
間隙是影響模具壽命的各種因素中占最主要的一個(gè)。沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間的均有磨檫，而且間隙越小，磨檫越嚴(yán)重。在實(shí)際生產(chǎn)中受到制造誤差和裝配精度的限制，凸模不可能絕對垂直于凹模平面，而且間隙也不會絕對均勻分布，合理的間隙均可使凸模、凹模側(cè)面與材料間的摩擦減小，并緩減間隙不均勻的不利影響，從而提高模具的使用壽命。
沖孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式計(jì)算：
落料時(shí) Dp=(Dmax-XΔ -Zmin)-δp
式中 Dp——為落料凸模的刃口尺寸（mm）；
Dmax ——為落料件的最大極限尺寸（mm）；
Δ——工件公差；
Δp——凸模制造公差，通常取δp=Δ/4；
δp’——刃口中心距對稱偏差，通常取δp’=Δ/8；
Lp——凸模中心距尺寸（mm）；
Zmin——最小沖壓間隙（mm）；
落料凹模尺寸：Aj1=(Amax-XΔ)-Δ
=116-0.5×0=116;
落料凸模尺寸：Ah1=(Aj1-2Z)+Δ
=116-2×0.05=115.9;
5.2.拉伸模
凸凹模圓角半徑對拉伸工作影響很大。毛坯經(jīng)凹模圓角進(jìn)入凹模時(shí)，受彎曲和摩擦作用，若凹模圓角半徑過小，因徑向拉力增大，易使拉伸件表面劃傷或產(chǎn)生斷裂；若過大，則壓邊面積小，由于懸空增大，易起內(nèi)皺。因此，合理的選擇凹模圓角半徑很重要。具體數(shù)值查表可得。
拉伸的凸凹模之間的間隙對拉伸力、制件質(zhì)量、模具壽命等都有影響。間隙過大，容易起皺，制件有錐度，精度差；間隙過小，增加摩擦，導(dǎo)致之間邊薄嚴(yán)重，甚至拉裂。因此，正確地確定凸模和凹模之間的間隙是很重要的。
拉伸模間隙是單面間隙，即凹模和凸模直徑之差的一半。
本次設(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)為有壓邊圈的，卸料板和凹模芯起到上下壓料的作用，在選擇間隙時(shí)可以直接查表，拉伸一次成型，所以查表可知間隙為(1-1.2t)，t為材料厚度。本設(shè)計(jì)中選1.1t。.
凸、凹模工作部分尺寸的確定，主要考慮模具的磨損和拉伸件的回彈。
1）、制件標(biāo)注外形尺寸
凹模尺寸為
Ld=（Lmax–0.75Δ）
凸模尺寸為
Lp=（Ld–0.75Δ–Z）
（2）、制件標(biāo)注內(nèi)尺寸
凸模尺寸為
L p=（Lmin +0.5Δ）
凹模尺寸為
L d=（Lp+0.5Δ+Z）
其中 L—拉伸件的外形或內(nèi)尺寸
Δ—拉伸件的尺寸偏差
L d—拉伸凹模的基本尺寸
L p—拉伸凸模的基本尺寸
Z—凸凹模雙面間隙
具體計(jì)算如下，制件標(biāo)注外尺寸，按此公式計(jì)算
凹模尺寸為
Ld=（Lmax–0.75Δ）
=72
凸模尺寸為
Lp=（Ld–0.75Δ–Z）
=68.7
凸、凹模工作表面粗造度要求：凹模工作表面和型腔表面粗造度應(yīng)達(dá)到0.8；圓角處的表面粗造度一般要求0.4；凸模工作部分表面粗造度一般要求0.8-1.6。
變薄拉深與一般拉深不同，變薄拉深對工件直徑變化很小，雖然工件底部厚度與一般拉深相似，基本上沒有變化，但是工件側(cè)面壁厚故意變薄，工件高度相應(yīng)增加，如下圖所示為變薄拉深示意圖，
由于凸模與凹模的間隙Z/2比坯件的壁厚小，因此經(jīng)過拉深，工序件的壁厚就變薄了。
變薄拉深的方法主要用來制造厚底薄壁，而高度很大的圓筒形零件，或用來知道壁很薄的管坯。經(jīng)常采用變薄拉深工藝的工件材料有：銅，白銅，黃銅，磷青銅，德銀，鋁，鋁合金，軟鋼，不銹鋼，可伐合金等
變薄拉深的特點(diǎn)
1.工件材料變形很大，金屬晶粒細(xì)密，強(qiáng)度增加；
2.變薄拉深工件的表面粗糙度數(shù)值低，可達(dá)0.4以內(nèi)；
3.壁厚偏差可在±0.01以內(nèi)，上下均勻一致；
4.沒有起皺問題，不需要壓料裝置；殘余應(yīng)力較大，需低溫回火消除，以免儲存時(shí)自行開裂。
產(chǎn)品底部成型，類似整個(gè)產(chǎn)品的反拉伸，其計(jì)算過程和以上一樣，僅僅模具結(jié)構(gòu)有所變化，在拉伸過程中需要保證產(chǎn)品外形尺寸和形狀不變，具體見模具結(jié)構(gòu)圖。
第六章、模具整體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)
6.1.模具類型
根據(jù)零件的沖裁工藝方案,采用復(fù)合沖壓沖裁模，工序?yàn)槁淞侠睿儽±?，底部成型?
6.2.操作與定位方式
零件中批量生產(chǎn),安排生產(chǎn)可采用手工送料方式能夠達(dá)到批量生產(chǎn),且能降低模具成本,因此采用手工送料方式.零件尺寸較小，厚度較小，保證孔的精度及較好的定位，宜采用導(dǎo)料板導(dǎo)向，定位銷導(dǎo)正。
6.3.卸料與出件方式
考慮零件尺寸較小，厚度較薄，采用彈壓卸料方式，為了便于操作，提高生產(chǎn)率，沖件采用打料的方法從凹模中脫出，變薄拉伸模具行程大，可以在下模安裝小型氣缸，或者直接使用液壓機(jī)也可以。
6.4.模架類型及精度
由于零件材料較厚，尺寸較小，沖裁間隙較大，采用復(fù)合模加工，可以選擇后側(cè)兩導(dǎo)柱的標(biāo)準(zhǔn)模架，考慮零件精度要求不是很高，沖裁間隙較小，因此采用Ⅰ級模架精度。
6.5.落料拉伸模結(jié)構(gòu)形式
為方便操作，提高生產(chǎn)效率，可以采用正裝結(jié)構(gòu)，下模采用彈簧頂料裝置，上模采用彈簧卸料結(jié)構(gòu)，如圖：
圖5-1 落料拉深復(fù)合模總裝圖
技術(shù)要求：
1、上模采用打料裝置，下模采用彈簧卸料裝置，頂出產(chǎn)品；
2、安裝模具之前檢查模具零件是否符合圖紙;
3、根據(jù)凹模周屆直徑250和模具閉合高度，選用14#中間導(dǎo)柱圓形模架；螺釘，銷釘均選用標(biāo)準(zhǔn)件
4、嚴(yán)格按照模具結(jié)構(gòu)安裝模具，保證模具間隙均勻；
5、選用JG23-63沖床調(diào)試模具；
6.6.變薄拉伸模具結(jié)構(gòu)
圖5-1 變薄拉伸模總裝圖
技術(shù)要求：
1、上模采用氣缸吹出裝置，下模采用氣缸頂出卸料裝置，頂出產(chǎn)品；
2、安裝模具之前檢查模具零件是否符合圖紙;
3、根據(jù)凹模周屆直徑200和模具閉合高度，選用鋼板非標(biāo)準(zhǔn)模架；螺釘，銷釘均選用標(biāo)準(zhǔn)件
4、嚴(yán)格按照模具結(jié)構(gòu)安裝模具，保證模具間隙均勻；
5、選用液壓機(jī)調(diào)試模具；
6.7.底部成型模具結(jié)構(gòu)
第七章、模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
7.1.拉深凸模的設(shè)計(jì)
拉伸凸模與下模板采用固定板螺釘和銷釘固定。
材料：Cr12Mov
硬度：58～62HRC，（如圖）
7.2.落料凹模的設(shè)計(jì)
落料凹模與下模板固定，
材料：Cr12Mov
硬度：58～62HRC，（如圖）
凹模采用圓形板狀結(jié)構(gòu)和直接通過螺釘,圓柱銷與下模座固定的固定方式.考慮凹模的磨損和保證沖件的質(zhì)量根據(jù)表3-28,凹模刃口采用直筒形刃口壁結(jié)構(gòu),刃口高度根據(jù)前面“4.2”計(jì)算沖裁力時(shí)所取h=3mm,漏料部分刃口輪廓適當(dāng)擴(kuò)大，可以擴(kuò)大0.5～1mm,取1mm,(為便于加工,落料凹模漏料孔可設(shè)計(jì)成近似于刃口輪廓的簡化形狀,如圖所示),凹模輪廓尺寸計(jì)算如下:
模輪廓尺寸的確定，凹模輪廓輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸LXB(長X寬)或者直徑及厚度尺寸H.從凹模外邊緣的最短距離稱為凹模壁厚C.對于簡單對稱形狀刃口凹模,由于壓力中心即對稱中心,所以凹模和平面尺寸即可沿刃口型孔向四周擴(kuò)大一個(gè)凹模壁厚來確定。
凹模周界 由《冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》得出凹模周界的計(jì)算公式
厚度H=Kb（≥15mm）
式中：b——沖裁件的最大外形尺寸，b=116
K——系數(shù)，查表得K=0.38
則 H=0.38×116=44.08mm
凹模壁厚c=（1.0~1.5）H（≥30~40mm）=44~66mm
D=230mm
由《模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表5-43圓形凹模標(biāo)準(zhǔn)可查到較為靠近的凹模周界尺寸為φ250mm
確定其他零件的尺寸參數(shù)
由《模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表5-4，方便的確定其他沖模零件的數(shù)量、尺寸及主要參數(shù)。
其零件參數(shù)如下表所示：
凹模周界
凸模長度
配用模架閉合高度H
孔距尺寸
最小
最大
S
S1
S2
S3
φ230
63
零件名稱及標(biāo)準(zhǔn)編號
凹模墊板
凸模
凹模
卸料板
上墊板
φ230×10
φ75×82
φ230×40
φ230×18
φ230×8
螺釘
圓柱銷
卸料螺釘
樹脂
螺釘
圓柱銷
圓柱銷
M8×60
φ8×50
M8×60
M10×90
φ10×90
φ10×60
選擇標(biāo)準(zhǔn)模架
由凹模周界尺寸及模架閉合高度在160~190mm之間，查《模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表5-7選用模架：14#中間導(dǎo)柱圓形標(biāo)準(zhǔn)模架GB/T2851.1—1990，上模座厚度40，下模座厚度50，導(dǎo)柱40×180，55×100。
7.3.凸凹模的設(shè)計(jì)
固定板與上下模板固定，螺釘和銷釘固定。
材料：Cr12Mov
硬度：58～62HRC，（如圖）
凸模材料：參照沖壓模具設(shè)計(jì)與制造選用Cr12MoV，考慮凸模的直徑很大，故無需對該零件強(qiáng)度和鋼度校核，具體零件圖如后面所附零件圖為準(zhǔn)，
7.4.變薄拉伸凸模的設(shè)計(jì)
材料：Cr12Mov
硬度：58～62HRC，（如圖），與固定板過盈配合，過盈量0.02-0.03。
7.5.變薄拉伸凹模的設(shè)計(jì)
材料：Cr12Mov
硬度：55～58HRC，形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），與下模板采用螺釘和銷釘固定。
7.6.底部成型凸模的設(shè)計(jì)
材料：Cr12Mov
硬度：55～58HRC，形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），與固定板過盈配合，用M8的螺釘與上模板連接。
7.7.底部成型凹模的設(shè)計(jì)
材料：Cr12Mov
硬度：55～58HRC，形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），與固定板過盈配合，與下模板螺釘和銷釘連接。
7.8.選擇堅(jiān)固件及定位零件
螺釘規(guī)格的選用:
由凹模板的厚度可選用M10,在根據(jù)實(shí)際要求,查標(biāo)準(zhǔn)選用GB 70-85 M8X60,這里要4個(gè),卸料板的螺釘選用GB 70-85 M6X60,這里要4個(gè)。
銷釘規(guī)格的選用:
銷釘?shù)墓Q直徑可取與螺釘大徑相同或小一個(gè)規(guī)格,因此根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用GB 119-86 φ10X80, 選取材料為45鋼.根據(jù)定位方式及坯料的形狀與尺寸,選用合適的標(biāo)準(zhǔn)定位零件。
7.9.設(shè)計(jì)和選用卸料與出件零件
卸料以卸料板卸料,出件是以凸模往下沖即可,因此不用設(shè)計(jì)出件零件，固定卸料板的平面外形尺寸一般與凹模板相同,其厚度可取凹模厚度的0.5~1倍,所以卸料板的LXBXH=φ160X/0.5X30=φ160X15,卸料板在此僅起卸料作用,凸模與卸料板間的雙邊間隙一般取0.05~0.1mm,這里取0.1mm,材料為45#。由以上根據(jù)凸模和凹?？稍O(shè)計(jì)出卸料板。
7.10.選擇模架及其它模具零件
選擇模架:
根據(jù)GB/T 2851.5-90,由凹模周界，選擇標(biāo)準(zhǔn)模架。
模柄:
由壓力機(jī)的型號J23-63.可查得模柄孔的直徑為40，深度為70，由裝配要求，模柄與模柄孔配合為H7/m6并加銷釘防轉(zhuǎn)，模柄長度比模柄孔深度小5~10mm，由于采用彈壓卸料，上模座回程時(shí)受力較大，因此選用壓入式模柄較合理。
7.11.壓力機(jī)的校核
7.11.1.公稱壓力
根據(jù)公稱壓力的選取壓力機(jī)型號為J23-63，它的壓力為630>106，630>29，所以壓力不需要校核;
7.11.2.工作臺面的尺寸
根據(jù)下模座LXB=250X208，且每邊留出60~100，即L1XB1=480X330，而壓力機(jī)的工作臺面L2XB2=630X420，故符合要求。
第八章、模具的總裝配
模具的質(zhì)量取決于模具零件質(zhì)量和裝配質(zhì)量。裝配質(zhì)量又與零件質(zhì)量有關(guān)，也與裝配工藝有關(guān)。裝配工藝視模具結(jié)構(gòu)以及零件加工工藝而有所不同，拼合結(jié)構(gòu)的比整體結(jié)構(gòu)的裝配工藝復(fù)雜；級進(jìn)模和復(fù)合模的裝配比單工序模要求高。
關(guān)于本次設(shè)計(jì)的模具裝配，大致有以下幾個(gè)要點(diǎn)：
1、 裝配時(shí)先要選擇基準(zhǔn)件，原則上按照模具主要零件加工時(shí)的依賴關(guān)系來確定?？勺餮b配時(shí)基準(zhǔn)件的有：導(dǎo)向板、固定板、凹模和凸模。
2、 裝配次序是按照基準(zhǔn)件裝有關(guān)零件：
以導(dǎo)向板作基準(zhǔn)件進(jìn)行裝配時(shí)，通過導(dǎo)向板將凸模裝入固定板，再裝入上模座，然后再裝凹模和下模座。
當(dāng)模具零件裝入上、下模座時(shí)，先裝作為基準(zhǔn)的零件，在裝妥檢查無誤后，鉆鉸銷釘孔，打入銷釘。后裝的在裝妥無誤后要在試沖達(dá)到要求后再鉆鉸銷釘孔及打入銷釘。
3、 控制凸模、凹模的間隙
裝配時(shí)必須控制間隙均勻。
4、 沖模試沖
沖模在裝配并檢查間隙符合要求后，可進(jìn)行切紙?jiān)嚊_，檢查切下處是否都是光邊或毛邊。如不一致時(shí)說明間隙不夠均勻，需要校正后再切紙，直到合乎要求為止。然后將在裝配時(shí)未固定銷釘?shù)纳夏Ｗ蛳履Ｗ娩N釘固定，進(jìn)行試沖，如不符合要求時(shí)再進(jìn)行調(diào)整間隙，重新鉆鉸銷釘孔。
設(shè)計(jì)小結(jié)
此次設(shè)計(jì)是在學(xué)完沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)，模具制造工藝和大部分專業(yè)課并進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，這次設(shè)計(jì)使我能夠綜合運(yùn)用沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)中的基本理論，結(jié)合生產(chǎn)中所學(xué)的新知識、獨(dú)立分析和解決工藝問題，初步具備了設(shè)計(jì)一個(gè)中等復(fù)雜程度的冷沖壓模具的能力。通過分析，擬定設(shè)計(jì)方案，完成模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等一系列復(fù)雜工作，最終完成此次的設(shè)計(jì)任務(wù)。
通過這次設(shè)計(jì)使我初步具備了設(shè)計(jì)一個(gè)中等復(fù)雜程度的沖壓模具的工藝規(guī)程和掌握運(yùn)用模具設(shè)計(jì)的基本原理和方法，同時(shí)也學(xué)會了熟練運(yùn)用有關(guān)參考資料，圖表等基本技能，增強(qiáng)了自我的讀圖和繪圖能力，從而使我在能力方面又提高了一個(gè)臺階，為今后從事的工作打下了良好的基礎(chǔ)。
本設(shè)計(jì)就是本著這個(gè)思想對產(chǎn)品模具進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，力求設(shè)計(jì)出技術(shù)水平高、經(jīng)濟(jì)效益好的模具，同時(shí)也圍繞著對新產(chǎn)品開發(fā)、新產(chǎn)品投入生產(chǎn)這個(gè)理念展開設(shè)計(jì)。凸緣件零件形狀較為簡單，所以加工工藝也不復(fù)雜。通過對零件圖的綜合分析與實(shí)習(xí)單位的實(shí)際生產(chǎn)要求，設(shè)計(jì)出了最可行的加工方案。零件從坯料到完全成形，本設(shè)計(jì)共用到了一套模具，即：落料拉伸模。本模具有生產(chǎn)率高、精度高的特點(diǎn)，加工過程又不會影響制品尺寸，且下料部分與沖孔部分的毛頭方向相同，這非常符合實(shí)習(xí)公司的實(shí)際生產(chǎn)要求，對單位能保持全國模具行業(yè)的領(lǐng)先地位也有一定的促進(jìn)作用。
整套模具的設(shè)計(jì)過程中使用了先進(jìn)的CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，在保證模具高精度的同時(shí)簡化了傳統(tǒng)的繁瑣計(jì)算過程，使得設(shè)計(jì)更為便捷。由此可以看到，在大型級進(jìn)模、高精密、高復(fù)雜性、高技術(shù)含量先進(jìn)模具的設(shè)計(jì)中，使用先進(jìn)的CAD/CAE/CAM技術(shù)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)會是一條必經(jīng)之路。
在本次設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了許多的東西。首先對于AUTOCAD和Pro/ENGINEER的應(yīng)用更加熟練；其次，通過模具設(shè)計(jì)我對于模具設(shè)計(jì)的流程基本上熟悉。這次設(shè)計(jì)是對以前所學(xué)的專業(yè)知識的一次綜合性的實(shí)踐。涉及到機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、互換性以及CAD/CAM各個(gè)方面的內(nèi)容。
設(shè)計(jì)過程中按照任務(wù)書的要求和目的，循序漸進(jìn),力求數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)合理。參考了許多文獻(xiàn)資料。由于經(jīng)驗(yàn)不足，還有許多地方?jīng)]有考慮全面，有待于完善。
總之，學(xué)海無涯，在以后的時(shí)間里，我要更加努力學(xué)習(xí)！
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